\section{Visualização de Foco+Contexto}
\label{sec:foco_contexto}


A idéia fundamental na visualização de foco+contexto é permitir ao usuário
observar, ao mesmo tempo, o objeto de interesse primário apresentado em maior
detalhe, e os objetos circundantes em menor detalhe. De acordo com Card
\textit{et al.} ~\cite{Card99:inf}, o paradigma foco+contexto baseia-se em três
premissas:

\begin{enumerate}
  \item o usuário precisa tanto da visão geral (contexto) como das informações % o usuário precisa delas ou as especifica? não entendi (augusto)
  detalhadas (foco) simultaneamente.
  \item a informação necessária no contexto pode ser diferente do que é
  necessária no foco.
  \item os dois tipos de informação (foco+contexto) podem ser combinados e
  exibidos dentro de uma vista (dinâmica) simples.  
\end{enumerate}

Além disso, nós acreditamos que é conveniente adicionar uma quarta premissa:
``a possibilidade de enfocar outros dados, objetos ou regiões de interesse
interagindo com o sistema''.

Em dados volumétricos em geral e, particularmente, em imagens médicas,
frequentemente achamos pequenas regiões de interesse que estão ocultadas pelo
tecido circundante. Utilizando a função de transferência seria possível ocultar
o tecido que rodeia a região de interesse, mas, neste processamento, perderíamos o
contexto. Muitas técnicas foram desenvolvidas na área de visualização de
foco+contexto, tornando-se uma área importante de pesquisa durante os últimos
anos.

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\paragraph*{Técnicas principais:}

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\subparagraph*{Lentes mágicas}

Bier \textit{et al.} introduziram o conceito de ``lupa e lentes mágicas'' como
uma interface através da qual é possível modificar a aparência visual dos
objetos, melhorar a qualidade os dados de interesse ou remover informação de distração
~\cite{Bier93}. Como as lentes do mundo real poderiam ser difíceis de
implementar~\cite{Kolb95:RCM}, modelos simplificados das lentes de ampliação
foram introduzidas na DVR~\cite{LaMar01,Wang05}. A Fig.~\ref{fig:wang_lens}
apresenta um volume de dados onde a região de interesse foi ampliada utilizando
a técnica da distorção não linear.

\begin{figure}[h]
{\centering\begin{tabular}{ccc}
\includegraphics[width=0.25\columnwidth]{figures/wang_lens1.png}  &
\includegraphics[width=0.25\columnwidth]{figures/wang_lens2.png} \\
{(a)} & {(b)} 
\end{tabular}\par}
\caption{Lente de ampliação: (a) Volume de dados sem ampliação.
(b) Região focal ampliada. Créditos: \protect\cite{Wang05}
}
\label{fig:wang_lens}
\end{figure}

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\subparagraph*{Renderização não foto-realista}

O campo da \textit{renderização não foto-realista}, do inglês
\textit{Non-Photorealistic Rendering} - NPR, emergiu recentemente constituindo
uma área de pesquisa muito dinâmica. A NPR abrange todas as técnicas de
renderização cujo objetivo não é o realismo e tentam imitar vários estilos de
pintura humana e ilustrações artísticas como o desenho a lápis, sombreado,
pontilhismo ou pintura com tinta de água~\cite{Engel06}.

Lu \textit{et al.} apresentaram um \textit{framework} para ilustração interativa
direta sobre dados volumétricos que simulam  desenhos em pontilhismo~\cite{Lu02:NVR}.
Bruckner e Eduard Gr{\"o}ller desenvolveram o sistema de visualização
ilustrativa \textit{Volumeshop} que combina uma variedade de estilos
volumétricos de ilustração e técnicas de rotulamento e deformação
~\cite{Bruckner05:Volumeshop}. A Fig.~\ref{fig:volumeshop} apresenta a
visualização ilustrativa de um peixe que utiliza rótulos para anotar as estruturas
presentes no volume. A técnica do rotulamento é comum em muitos textos técnicos e
médicos que expressem complexas relações e procedimentos.

\begin{figure}[h]
{\centering\begin{tabular}{cc}
\includegraphics[width=0.5\columnwidth]{figures/volumeshop1.png}  &
\includegraphics[width=0.5\columnwidth]{figures/volumeshop2.png} \\
{(a)} & {(b)} 
\end{tabular}\par}
\caption{Visualização ilustrativa: (a) A bexiga natatória selecionada e
realçada (b) A bexiga natatória é exibida ampliada e deformada. Créditos:
\protect\cite{Bruckner05:Volumeshop} }
\label{fig:volumeshop}
\end{figure} 

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\subparagraph*{Visualizações de cortes}

A técnica de ilustração inspirada em vistas de recortes foi apresentada por
Viola \textit{et al.} ~\cite{Viola05}. Mediante o recorte são removidos da cena
partes menos importantes do volume (aqueles que não tenham se tornado
transparentes pela função de transferência) com o objetivo de revelar a informações
mais importantes. Nesta abordagem associam-se níveis de importância a estruturas
do volume que são então utilizados para determinar quais estruturas devem ser
mais perceptíveis e quais não. Em regiões da imagem nas quais uma região
obstrui estruturas mais importantes, ela será exibida mais esparsamente do que
em áreas onde não ocorre oclusão; desta forma, os objetos de interesse são
claramente visíveis, como é apresentado na Fig. \ref{fig:importance_driven}.

\begin{figure}[h] {\centering\begin{tabular}{c}
\includegraphics[width=0.9\columnwidth]{figures/leopard_viola.png} \\
\end{tabular}\par}
\caption{Renderização orientada a importância do interior das estruturas. A
visibilidade do objeto focado é mantida constante para todos os pontos de vista.
Créditos:
\protect\cite{Viola05} }
\label{fig:importance_driven}
\end{figure} 

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\subparagraph*{Renderização múltipla}

Hauser \textit{et al.} propõem a renderização de volume em dois níveis,
permitindo selecionar diferentes técnicas de renderização volumétrica para
diferentes subconjuntos do volume de dados~\cite{Hauser01}. As diferentes
estruturas do volume são renderizadas localmente utilizando as técnicas de DVR
ou MIP e finalmente combinadas em uma imagem. Esta estratégia permite escolher a
técnica mais adequada para renderizar cada objeto, e ao mesmo tempo manter a
quantidade de informação contida na imagem em um nível razoável. Zhou \textit{et
al.} propuseram combinar as técnicas de NPR e DVR inventando a renderização de
volume orientada a região focada~\cite{Zhou02}.  Os dados dentro e fora do foco
de interesse são renderizados utilizando-se diferentes estilos.

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\subparagraph*{Modulação de opacidade}

Em renderização volumétrica, Levoy foi o primeiro a propor a modulação de
opacidade utilizando a magnitude do gradiente, constituindo uma forma efetiva
para realçar as superfícies ao remover as regiões homogêneas~\cite{Levoy88}.
Baseado nesta proposta, Ebert e Rheingans estenderam as técnicas NPR aos dados
volumétricos~\cite{Ebert00:VI}. Eles desenvolveram um \textit{framework} de
ilustração de volumes para melhorar a percepção das estruturas internas
localmente mediante halos de iluminação, sombreamento e variações de
profundidade e orientação. Zhou \textit{et al.} propuseram utilizar a distância
para enfatizar e desenfatizar as regiões de interesse~\cite{Zhou04}. Nesta
abordagem se calcula a distância dos \textit{voxels} em relação ao foco com o objetivo de
controlar as propriedades ópticas do contexto, melhorando a percepção da região
focada como visto na Fig.~\ref{fig:zhou_focal_region}.


\begin{figure}[h]
{\centering\begin{tabular}{cc}
\includegraphics[width=0.4\columnwidth]{figures/zhou_liver01.png}  &
\includegraphics[width=0.4\columnwidth]{figures/zhou_liver02.png} \\
{(a)} & {(b)} 
\end{tabular}\par}
\caption{Visualização de Pulmão - CT. (a) Renderização orientada a região focal
(b) mais modulação baseada na distância à região focal. Créditos:
\protect\cite{Zhou04} }
\label{fig:zhou_focal_region}
\end{figure} 

Vale indicar que a principal limitação das técnicas de foco+contexto é que os
dados têm que passar por algum processo de segmentação prévio.